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公交信號優(yōu)先策略與技術(shù)

                          ----*部交通管理科學研究所  袁建華

    在信號路口，公交信號優(yōu)先可為公交車輛（公共汽車、客運車輛、有軌電車等）提供便捷的優(yōu)先通行服務，這樣可以降低公交車輛的行程時間和排隊等候綠燈放行的時間，從而提高公交車輛的準點率和服務水平。公交信號優(yōu)先不僅要提升公交車輛交通的運行效益，而且要盡量降低對其它車輛、行人交通等產(chǎn)生的負面影響。

一、信號優(yōu)先與信號強制優(yōu)先

雖然信號優(yōu)先（相對優(yōu)先）和信號強制優(yōu)先（優(yōu)先）的表象相近，使用的設(shè)備（檢測器等）類似，但卻存在本質(zhì)區(qū)別。信號優(yōu)先是為了更好地照顧公交車輛運行而只對正常的信號運行過程進行局部調(diào)整，信號強制優(yōu)先是為了響應突發(fā)事件而會中斷正常的運行過程（如服務于緊急車輛）。

在鐵路--公路平交路口，為了更好地服務于緊急車輛，保障緊急車輛及駕乘人員的安全，經(jīng)常使用信號強制優(yōu)先，實施時*撇開當時的信號配時狀態(tài)及鄰接信號協(xié)調(diào)問題的。信號強制優(yōu)先使用特定的信號配時，會強制路口交通信號控制機跳出和歸位到正常的信號協(xié)調(diào)狀態(tài)。公交信號優(yōu)先是在保持原有的信號協(xié)調(diào)狀態(tài)下，為公交優(yōu)先通行提供有限服務，同時避免對其它交通產(chǎn)生明顯的負面影響。為了體現(xiàn)交通信號控制系統(tǒng)的性，應當少使用信號強制優(yōu)先，而多使用信號優(yōu)先。

二、公交信號優(yōu)先策略

公交信號優(yōu)先可分成信號被動優(yōu)先和信號主動優(yōu)先。信號主動優(yōu)先則可進一步分成綠燈早啟、綠燈延長、感應式公交相位、相位插入、相位倒轉(zhuǎn)和自適應控制。

1、信號被動優(yōu)先

公交信號被動優(yōu)先不對公交車運行位置進行檢測，也不響應任何信號優(yōu)先請求，這種方式適用于公交運行穩(wěn)定可靠（如嚴格遵守公交運行時刻表）、發(fā)車頻率高和載客率低的場合。公交信號優(yōu)先配時的主要優(yōu)化指標是公交乘客在公交?？空镜钠骄溶嚂r間。但信號協(xié)調(diào)的配時如果只針對公交車輛，那么其它交通就可能會要承受不必要的延誤、停車次數(shù)和焦慮，因此，公交信號優(yōu)先配時應當兼顧同向運行的其它交通流。對主干道進行信號協(xié)調(diào)和優(yōu)化配時可降低公交車輛的行程時間，提高交通流量。

2、信號主動優(yōu)先

信號主動優(yōu)先策略是基于公交車輛檢測信息或車輛/系統(tǒng)發(fā)出的優(yōu)先請求為特定的公交車輛提供優(yōu)先通行服務。

當檢測到的公交車輛是在紅燈相位到達時，可采用綠燈早啟策略來提前結(jié)束正在運行的其它方向的綠燈相位而提前啟動本方向的綠燈相位。

當檢測到的公交車輛恰好是在綠燈相位到達時，可采用綠燈延長策略來延長本方向的綠燈顯示時間。由于綠燈顯示時間的延長并不需要另外的燈色過渡顯示時間，所以綠燈延長策略的效率更高。綠燈早啟和綠燈延長策略的結(jié)合運行可使公交車輛所在的相位獲得zui大的綠燈顯示時間。但是在信號協(xié)調(diào)控制模式下，兩者不能同時運行在同一信號周期內(nèi)。

感應式公交車輛相位僅當檢測到有公交車輛到達時才會顯示。例如在檢測到左轉(zhuǎn)車道上有公交車輛到達時就會顯示左轉(zhuǎn)相位，又例如可使用排隊跳轉(zhuǎn)相位來讓公交車輛早于其它交通流駛過信號路口。排隊跳轉(zhuǎn)相位僅服務于公交車輛，可讓公交車輛優(yōu)先通行，而同一方向的其它車輛必須在路口排隊等到綠燈顯示后才能通行。當公交停車港灣設(shè)置在信號路口入口時，在主要車道是紅燈相位時使用排隊跳轉(zhuǎn)相位可讓公交車輛駛回到主車道上。

相位插入是指特定的優(yōu)先相位插入正常的信號相序，這種插入發(fā)生在檢測到有公交車輛到達并接受到優(yōu)先請求時。例如檢測到左轉(zhuǎn)車道有公交車輛到達并接受到優(yōu)先請求時，可插入前置的左轉(zhuǎn)相位。

公交信號優(yōu)先還包括相位倒轉(zhuǎn)。例如，某路口北入口的左轉(zhuǎn)相位原來是一個后置相位，緊接著直行相位而顯示。如果在北入口的直行相位啟動前有一輛需要優(yōu)先通行的左轉(zhuǎn)公交車輛到達，就可請求左轉(zhuǎn)相位。通過相位倒轉(zhuǎn)，這種服務于左轉(zhuǎn)公交車輛優(yōu)行通行的左轉(zhuǎn)相位就變成了一個前置相位。

自適應性公交優(yōu)先策略可用于平衡各種交通運行效益，其優(yōu)化指標包括公交乘客延誤、公交車輛延誤、機動車輛延誤或這些指標的復合指標，適用于對現(xiàn)有的交通信號控制系統(tǒng)進行完善。為了能有足夠的時間進行配時的實時調(diào)整，需要及早對公交車輛進行檢測。為了實時響應交通流的變化，自適應系統(tǒng)需要而對公交車到達時間等信息進行頻繁更新，更新的信息要及時反饋給信號配時的調(diào)整程序。

三、信號恢復/過渡

信號恢復/過渡不屬于公交信號優(yōu)先策略，但卻是十分重要的。公交信號優(yōu)先“處理”這一過程并不會在公交車輛得到優(yōu)先通過后就宣告結(jié)束。在主動優(yōu)先控制方式下，絕大多數(shù)路口交通信號機都要進行信號恢復運行，信號要過渡恢復到原先的正常運行狀態(tài)，需要對公交信號優(yōu)先實施時所縮短的或跳轉(zhuǎn)的相位進行補償。信號恢復應當重點關(guān)注所采用的恢復方法是否會對當時的交通運行產(chǎn)生明顯的影響?？赡苄枰?jīng)歷多個信號周期才能過渡恢復到原先的信號協(xié)調(diào)控制模式，這也是較少使用信號優(yōu)先的原因之一。為了降低公交信號優(yōu)先給沖突方向交通帶來的負面影響和維持主干道的信號協(xié)調(diào)，信號恢復*。

四、公交信號無條件優(yōu)先和有條件優(yōu)先

1、無條件優(yōu)先

公交信號優(yōu)先的分法分成無條件優(yōu)先和有條件優(yōu)先。無條件優(yōu)先方法是為到達信號路口的所有公交車輛都提供優(yōu)先通行，這是通過公交車輛的到達檢測并向路口交通信號機發(fā)送優(yōu)先請求來達到公交信號優(yōu)先的，這樣公交車輛的行程時間就可得到zui大程度的降低。當公交車輛駛離路口時，它會向路口交通信號控制機發(fā)送一個駛離信息來清除優(yōu)先請求。公交車輛的檢測時間和優(yōu)先請求的發(fā)送時間關(guān)系到公交信號優(yōu)先事件是否會得到觸發(fā)，無條件優(yōu)先實施簡便但不失性價比，因此是經(jīng)常采用的公交信號優(yōu)先方法。這種方法的數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)簡單明了（例如我是到達檢測區(qū)域的一輛公交車輛，請求優(yōu)先通行）。路口交通信號機對接受到的優(yōu)先請求進行評估，一旦未超出用戶預設(shè)的策略范圍就會批準實施，通過累積延長本方向的綠燈顯示時間直至zui大值，或縮減沖突方向的綠燈顯示時間直至zui小值來滿足公交車輛的優(yōu)先通行。

2、有條件優(yōu)先

公交信號有條件優(yōu)先需要復雜的系統(tǒng)支持，例如在優(yōu)先請求發(fā)出之前需要由自動車輛定位系統(tǒng)來確認公交車輛是否晚點，或是否滿足其它的預置條件。利用車載式定位系統(tǒng)和復雜的識別/數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，公交車輛向路口交通信號控制機發(fā)送更加詳細的信息（例如，我是一輛晚點的公交車輛，請求優(yōu)先通行）。另一方面，如果車載計算機識別到公交車輛是提前到達就不會發(fā)出優(yōu)先請求。在公交信號的有條件優(yōu)先情況下，公交車輛發(fā)出的優(yōu)先請求總量會得到控制而降低，公交車輛運行的準點率會得到提高，但行程時間的不會有明顯的變化。有條件優(yōu)先需要裝備*的系統(tǒng)例如自動定位系統(tǒng)，并對車輛系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等進行邏輯和物理上的高度集成。

五、公交信號優(yōu)先系統(tǒng)的構(gòu)成

公交信號優(yōu)先系統(tǒng)由優(yōu)先請求生成系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和交通信號控制系統(tǒng)構(gòu)成。優(yōu)先請求生成系統(tǒng)負責公交車輛的檢測和生成優(yōu)先請求。通信系統(tǒng)負責各個組成系統(tǒng)之間的通信。交通信號控制系統(tǒng)負責接受和處理優(yōu)先請求。

1、公交車輛檢測/優(yōu)先請求系統(tǒng)

公交車輛的檢測方法有三種：（1）信號路口的路邊檢測；（2）公交車輛與路口信號機進行直接主動通信；（3）公交車輛與控制中心進行直接主動通信，由控制中心向路口信號機轉(zhuǎn)送公交車輛位置信息。公交車輛檢測/優(yōu)先請求系統(tǒng)根據(jù)預置策略來生成優(yōu)先請求，既可以是無條件的（例為某條線路上的所有公交車輛生成優(yōu)先請求），也可以是有條件的（例如只為晚點5分鐘以上的公交車輛生成優(yōu)先請求）。系統(tǒng)可分成路口級和控制中心級兩類。對于路口級，公交車輛通過車載發(fā)送器與設(shè)置在路口的接受器的進行通信發(fā)送位置信息。對于系統(tǒng)級，公交車輛與控制中心進行通信直接傳送位置信息。無論是路口級還是系統(tǒng)級，生成的優(yōu)先請求都需要得到處理和批準。

2、通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)把公交車輛的位置信息和優(yōu)先請求信息傳送給路口信號機或控制中心，通信方式是中心到中心或中心到路口。公交信號優(yōu)先系統(tǒng)還需要采集用于離線分析和挖掘的有關(guān)交通信息，因此路口信號機與數(shù)據(jù)采集服務器之間也需要進行通信。

3、交通信號控制系統(tǒng)

交通信號控制系統(tǒng)負責響應公交信號優(yōu)先請求并執(zhí)行相應的信號變換。這項功能可以由路口信號機直接執(zhí)行，也可以先由位于控制中心的系統(tǒng)對優(yōu)先請求進行采集和處理，然后驅(qū)動路口信號機來執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)將基于預置策略作出是否要進行信號調(diào)整的決策，例如在本地路口信號機每周期只對一個優(yōu)先請求進行響應的策略下，第二個優(yōu)先請求將不會得到響應并導致信號改變?？刂葡到y(tǒng)還要負責對優(yōu)先請求進行優(yōu)先等級排隊管理。

六、公交信號優(yōu)先的不利因素

迄今為止，公交信號優(yōu)先策略在歐洲得到了一定程度的推廣應用，但在其它地區(qū)及國內(nèi)都還處于試驗應用階段，究其原因，主要包括：

◆對技術(shù)可行性和成本效益的廣泛擔憂

◆缺少可信的、的和性價比高的公交車輛檢測產(chǎn)品

◆安裝車載定位系統(tǒng)的公交車輛相對有限

◆現(xiàn)有的交通信號控制軟件不支持公交信號優(yōu)先

◆公交信號優(yōu)先系統(tǒng)及設(shè)備運行和維護成本高

◆公交信號優(yōu)先規(guī)劃遲后，技術(shù)人才缺乏。

七、公交信號優(yōu)先系統(tǒng)的規(guī)劃

      公交信號優(yōu)先系統(tǒng)實施時需要做好以下一些工作：

◆需求調(diào)查分析

◆根據(jù)國家或地區(qū)ITS框架制訂公交信號優(yōu)先的實施規(guī)程

◆識別系統(tǒng)的利益相關(guān)者。

◆建立一個跨部門的領(lǐng)導小組來負責項目的實施

◆建立一個技術(shù)團隊來指導項目實施

◆建立目標，量化性能指標

◆確定資金籌措方案

◆需求細化和目標分解

◆開展小范圍的測試試驗應用